Evident LogoOlympus Logo
洞见博客

Zanim zaufasz danym generowanym przez mikroskop laserowy, skontroluj te 9 punktów

作者  -
Zastosowania metrologii w badaniach i produkcji

Czy pomiary wykonywane za pomocą twojego laserowego mikroskopu konfokalnego są wiarygodne? Przekonaj się o tym samodzielnie, wykonując 9-punktowy test pomiarów

Skaningowe laserowe mikroskopy konfokalne (SLCM) stały się popularnym narzędziem kontrolnym zarówno w laboratoriach badawczych, jak i na liniach produkcyjnych. Dzięki laserowemu źródłu światła o długości fali 405 nm, mikroskop SLCM łączy informacje o wysokiej rozdzielczości uzyskiwane w poziomie (XY ~200 nm) i w pionie (Z ~10 nm), w ciągu kilku sekund tworząc trójwymiarowy (3D) obraz. Skala pomiarowa mikroskopu SLCM pokrywa się ze skalą dostępną w mikroskopach optycznych świetlnych (OLM), skaningowych mikroskopach elektronowych (SEM) i mikroskopach sił atomowych (AFM). W celu przygotowania próbki do wykonywania pomiarów przy użyciu mikroskopu SLCM wystarczy spełnić jedynie minimalne wymagania. Mikroskopy te umożliwiają także badanie próbek o różnorodnych kształtach, w tym próbek o dużych rozmiarach. Do obsługi mikroskopu SLCM nie są potrzebne żadne materiały eksploatacyjne, a system wymaga minimalnej konserwacji.Wszystkie te zalety sprawiają, że mikroskop SLCM jest użytecznym narzędziem kontrolnym.W poniższej tabeli przedstawiono różnice między tymi czterema technikami.

Porównanie skaningowej laserowej mikroskopii konfokalnej, skaningowej mikroskopii elektronowej, mikroskopii sił atomowych i mikroskopii optycznej świetlnej

SLCM SEM AFM OLM
Przygotowanie próbki Nie Tak Tak Nie
Obraz 3D Tak Nie Tak Nie
Materiały eksploatacyjne Nie Nie Tak Nie
Rozdzielczość w płaszczyźnie XY ~100 nm 10 nm 0,1 nm ~300 nm
Rozdzielczość w osi Z ~10 nm ND. 0,1 nm ND.
Próżnia Nie Tak Nie Nie
Prędkość obrazowania Szybka Szybka Wolna Szybka

Jako technika metrologiczna o wysokiej rozdzielczości, mikroskopia SLCM charakteryzuje się wysoką dokładnością i powtarzalnością pomiarów w całym polu widzenia. Jednym ze sposobów na potwierdzenie dokładności i powtarzalności systemu jest regularne otrzymywanie certyfikatu kalibracji, zwykle raz do roku. Zazwyczaj wymaga to zaangażowania inżyniera serwisu posiadającego certyfikat A2LA w celu przetestowania urządzenia z wykorzystaniem normy kalibracji identyfikowalnej przez instytut NIST. Stan systemu można jednak sprawdzać co tydzień lub co miesiąc przy użyciu prostego 9-punktowego testu pomiarów (Ryc. 1).

Próbka z 9 znanymi punktami.

Ryc. 1. Aby zapewnić wiarygodne pomiary, należy zmierzyć cechę w 9 punktach w polu widzenia. Niebieskie punkty określają pozycję każdego pomiaru.

Metoda ta jest prosta. Najpierw należy wybrać łatwo rozpoznawalną cechę lub znaną próbkę. Następnie należy wykonać pomiary cechy w 9 różnych miejscach w polu widzenia, co przedstawiono na Ryc. 1. Uzyskane dane należy zapisać, po czym wykonać pomiary ponownie, dokładnie w tych samych miejscach. Jeśli zniekształcenia sferyczne systemu są dobrze skalibrowane w całym polu widzenia, wszystkie otrzymane dane powinny być spójne (dopuszczalne są niewielkie różnice).

Poniżej omówiono przykład testu pomiarów wykonywanego przy użyciu naszego skaningowego laserowego mikroskopu konfokalnego LEXT OLS5000. Do testu wykorzystaliśmy stalową płytkę z wgłębieniem (Ryc. 2a), ale zalecamy, aby w miarę możliwości używać wzorcowej próbki kalibracyjnej. Wykonaliśmy pomiar w najniżej położonym punkcie wgłębienia (Ryc. 2b). Następnie przesuwaliśmy wgłębienie do 9 różnych pozycji w polu widzenia mikroskopu i wykonywaliśmy ten sam pomiar w każdej z tych pozycji. Średnia głębokość wynosiła 6,976 µm, a różnica między głębokością minimalną a maksymalną wynosiła 0,267 µm. Odchylenie standardowe wynosiło 9,6%, co świadczy o tym, że system zapewniał dokładne, powtarzalne pomiary.

Wgłębienie w stalowej płytce.

(a)

Wykres przedstawiający pomiary wgłębienia.

(b)

Ryc. 2. a) wgłębienie na próbce stali oraz b) wykres przedstawiający pomiar między najwyżej położonym punktem na krawędzi a najniżej położonym punktem wgłębienia.

Aby udowodnić, jak ważne jest stosowanie właściwego układu optycznego, wymieniliśmy dedykowany do wykonywania pomiarów obiektyw 50X LEXT, który jest dostarczany z mikroskopem OLS5000, na dostępny od ręki obiektyw firmy innej niż firma Olympus. Zmienność pomiarów wzrosła z 0,267 µm do 0,911 µm, a odchylenie standardowe wzrosło aż do 34,7%! Tak znaczna zmienność wyników pomiarów tej samej cechy świadczy o tym, że obiektyw dostępny od ręki generował niewiarygodne dane. Dla większości laboratoriów metrologicznych wyniki te byłyby nieakceptowalne. Udowodniono tym samym znaczenie tego szybkiego testu, który ułatwia kontrolę działania systemu.

Dane dotyczące wysokości uzyskane przy użyciu dedykowanego obiektywu Olympus LEXT.

(a)

Dane dotyczące wysokości uzyskane przy użyciu dostępnego od ręki obiektywu ogólnego przeznaczenia.

(b)

Ryc. 3. Dane dotyczące wysokości (a) uzyskane przy użyciu dedykowanego obiektywu Olympus LEXT i (b) przy użyciu dostępnego od ręki obiektywu ogólnego przeznaczenia wyprodukowanego przez firmę inną niż firma Olympus.

W zastosowaniach metrologii w badaniach i branży produkcji kluczowe znaczenie ma dokładność i powtarzalność pomiarów. Rozsądne jest przeprowadzanie profesjonalnej walidacji systemu raz do roku, ale wykonywanie takiej kontroli z częstotliwością cotygodniową lub comiesięczną nie jest praktyczne. Na szczęście przedstawiona tutaj technika 9-punktowego testu pomiarów to szybki i łatwy sposób na potwierdzenie, że system nadal generuje spójne dane. Dodanie tej techniki do standardowej procedury samodzielnej weryfikacji działania systemu może ułatwić zapobieganie znacznej zmienności danych. Ponadto test ten udowadnia również, jak ważne jest wybranie najwyższej jakości obiektywów przeznaczonych do stosowania ze skaningowym laserowym mikroskopem konfokalnym.

Powiązane treści

Identyfikacja broni palnej: skaningowy laserowy mikroskop konfokalny ułatwia rozpoznanie śladów po czółku zamka

Biała księga: podstawowe zasady działania laserowych mikroskopów skaningowych

Pomiar wysokości mikrokulek na układzie scalonym

Application Scientist, Industrial Microscopy

Dr. Mina Hong is an application scientist at Olympus, specializing in industrial microscopes. She holds a Ph.D. in chemistry and has worked in material science and surface characterization for more than 8 years. With technical knowledge and experience in atomic force microscopy, light microscopes, digital microscopes, laser confocal microscopes, and scanning electron microscopes, Mina actively works with material scientists and engineers in industry and academia.

八月 6, 2019
Sorry, this page is not available in your country
InSight Blog Sign-up
Sorry, this page is not available in your country
Let us know what you're looking for by filling out the form below.
Sorry, this page is not available in your country